多层弹性轨道结构的动力参数优化与减振控制研究
发布时间：2021-11-01 03:30
轨道交通以其安全、准点、舒适和运载量大等优势,已成为市民出行的首选交通工具。随着轴重和车速不断增加,车辆与轨道相互作用越来越激烈,由此引发的轮轨动力作用问题变得更加严重。为缓解轮轨动力作用,以减小列车运行引起的低频振动问题,本文采用解析模型分析、结构优化、仿真计算、模型实验和在线测试等多种方法,对地铁轨道系统的动力特性与参数优化进行研究。通过合理设计弹性单元的动力参数、结构型式及耦合关系,研究多层弹性轨道的动力参数优化方法,使得多个弹性单元相互协调工作;实现吸收振动能量和减小振动传递的效果,减缓低频振动放大问题;最后采用实尺寸模型实验和在线测试方法,分析动力特性变化规律,验证解析模型和参数优化结果。本文主要研究内容和成果:（1）从结构动力学角度出发,首先将轨道结构视为具有单层弹性单元的质量-弹簧-阻尼模型,推导得到轨道减振控制指标的解析解,进而分析轨道结构减振与隔振的基本原理。同时在实际工程应用中,利用实测数据研究轨道结构的减振规律,验证轨道解析模型的准确性和可靠性;（2）通过轨道扣件、轨道板、吸振板和弹性单元等结构部件的不同组合,建立多层弹性单元轨道结构的解析模型;利用MATHEMA...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
阿根廷
第一章绪论3轮轨间的动力作用更加复杂[4,12]。由此引发的磨损、疲劳和失效问题更加严重，反过来又将加剧轮轨动力作用[13]，最终引起脱轨和碰撞事故的发生。国内外轨道交通事故屡见不鲜，对车体构件的冲击性能及恶劣服役环境下的稳定性提出了新的要求[14]。2012年2月22日，阿根廷首都布宜诺斯艾利斯早高峰一列城铁列车突然失去控制无法刹车以26km/h的速度撞上站台，车体严重屈曲变形，如图1-1。事故造成49人死亡，逾600人受伤[15]。图1-1阿根廷城铁列车事故Fig.1-1Argentinatrainaccident2009年6月22日，美国华盛顿哥伦比亚特区，两辆列车追尾，车体材料发生大面积扭曲破坏，如图1-2。事故导致9人死亡，76人受伤[16]。图1-2美国华盛顿地铁列车事故Fig.1-2TheWashingtonsubwaytrainaccident（4）车辆与轨道系统相互动力作用激增，振动噪声问题日益严重列车速度提高和轴重增加引起的另一类问题是加剧车辆与轨道系统动力相互作用，导致产生严重的振动噪声问题。城市轨道交通线路通常穿越居民区、科研院所的实验室、以及一些对振动要求高的敏感区域[17]，列车运行不可避免的对人们正常工作生活造成影响。由于轨道交通线路规划要考虑吸引客流、缓解道路交通压力、促进沿线经济发展的情况，因此城市轨道建设的需求与控制环境振动噪声成了一对矛盾体[18]。以前国内列车速度普遍较低且客流不大，加上人们的环保意识不强，轨道交通运行引发的环境振动噪
华南理工大学博士学位论文4声问题未引起政府和人们的充分关注。可以预见，随着城市化进展不断向前发展，轨道交通引起的环境振动噪声问题将成为制约轨道交通建设的关键因素之一[19]。在这种背景下，研究轨道结构的动力参数优化以减小轮轨动力作用显得迫在眉睫。1.2轨道交通运行中的动力作用问题轨道交通车辆运行引起的动力问题属于复杂的交叉学科，所涉及的学科有轨道工程、车辆工程、隧道工程、岩土工程等，需要从多个方面展开全面研究[20]。本文首先探讨轮轨动力作用产生的机理。1.2.1车辆与轨道系统振动产生的机理相关研究表明[21,22]，轮轨动力作用问题主要受以下因素影响：（1）运行车辆以一定的速度在钢轨上运行时，车辆重力对轨道结构产生的移动冲击作用[23,24]；（2）轨道系统中轨枕的不连续支撑、钢轨焊接处的不连续，使得轨道系统的刚度沿着列车行进方向周期性变化。当车轮在钢轨上滚动前进时，轮轨产生周期性荷载作用[11,25]，如图1-3所示；（3）轨道系统中钢轨的不平顺，加上轨枕脱空和地基沉降等不利因素，引起列车运行时的点头、摇头、升降和蛇行时，轮轨之间产生间歇性冲击作用[26]；（4）车辆行进过程中的加减速与制动时，轮轨之间的荷载作用[27]；（5）车辆驱动设备运行引起车体的振动噪声。图1-3轨道不平顺与轮轨相互激扰Fig.1-3Irregularityoftrackandwheel-railinteraction
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种多层弹性部件轨道系统的动态特性试验研究[J]. 许光辉,王安斌,宋月超,王志强. 机械工程学报. 2018(08)
[2]加强培训不断创新助力地铁发展大计[J]. 刘颖. 人力资源管理. 2017(12)
[3]中国城市地铁交通可持续发展研究[J]. 万永兵,柴海华. 中国人口·资源与环境. 2016(S2)
[4]地铁轨道减振标准化设计研究[J]. 扈慧娜. 中国标准化. 2016(15)
[5]钢轨横向动态位移及振动水平对轨道安全性及钢轨波浪磨耗的影响[J]. 王安斌. 材料开发与应用. 2016(03)
[6]低频域多模态制振轨道板设计[J]. 杨吉忠,张雷,蔡成标,颜华. 西南交通大学学报. 2015(06)
[7]地铁扣件Ⅲ型弹条失效有限元分析[J]. 尚红霞,温泽峰,吴磊,李伟,张树峰,金学松. 工程力学. 2015(09)
[8]轨道刚度及谐振阻尼器对钢轨波浪磨耗增长和振动水平的影响[J]. 王安斌,王志强,赵振平,段勇奇,雷涛,杜茂金. 都市快轨交通. 2015(01)
[9]钢轨波浪磨耗产生和发展机理及其控制[J]. 王安斌,王志强,张攀,张喆玉. 材料开发与应用. 2014(06)
[10]提升、完善、加快——写在“十三五”轨道交通网络化建设之际[J]. 朱沪生. 交通与运输. 2014(06)
博士论文
[1]地铁钢轨波磨成因及其对车辆/轨道行为的影响[D]. 李伟.西南交通大学 2015
[2]地铁车辆—钢弹簧浮置板轨道耦合动态行为的研究[D]. 吴磊.西南交通大学 2012
[3]基于脉冲实验的地铁环境振动响应传递函数预测方法研究[D]. 王文斌.北京交通大学 2011
[4]基于解析的车轨耦合模型及地铁对环境的振动影响研究[D]. 贾颖绚.北京交通大学 2009
[5]城市轨道交通引起的环境振动预测与评估[D]. 魏鹏勃.北京交通大学 2009
[6]地铁列车振动对环境影响的预测研究及减振措施分析[D]. 孙晓静.北京交通大学 2008
硕士论文
[1]钢弹簧浮置板轨道结构减振性能和地铁振动传播规律的研究[D]. 孙晓静.山东大学 2012
[2]地铁钢弹簧浮置板轨道对环境振动的影响分析[D]. 李俊岭.西南交通大学 2011
[3]高架轨道交通浮置板轨道减振降噪性能研究[D]. 董国宪.同济大学 2007
[4]浮置板式轨道结构理论与仿真计算分析及试验研究[D]. 姚京川.铁道部科学研究院 2003
本文编号：3469438
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
阿根廷
第一章绪论3轮轨间的动力作用更加复杂[4,12]。由此引发的磨损、疲劳和失效问题更加严重，反过来又将加剧轮轨动力作用[13]，最终引起脱轨和碰撞事故的发生。国内外轨道交通事故屡见不鲜，对车体构件的冲击性能及恶劣服役环境下的稳定性提出了新的要求[14]。2012年2月22日，阿根廷首都布宜诺斯艾利斯早高峰一列城铁列车突然失去控制无法刹车以26km/h的速度撞上站台，车体严重屈曲变形，如图1-1。事故造成49人死亡，逾600人受伤[15]。图1-1阿根廷城铁列车事故Fig.1-1Argentinatrainaccident2009年6月22日，美国华盛顿哥伦比亚特区，两辆列车追尾，车体材料发生大面积扭曲破坏，如图1-2。事故导致9人死亡，76人受伤[16]。图1-2美国华盛顿地铁列车事故Fig.1-2TheWashingtonsubwaytrainaccident（4）车辆与轨道系统相互动力作用激增，振动噪声问题日益严重列车速度提高和轴重增加引起的另一类问题是加剧车辆与轨道系统动力相互作用，导致产生严重的振动噪声问题。城市轨道交通线路通常穿越居民区、科研院所的实验室、以及一些对振动要求高的敏感区域[17]，列车运行不可避免的对人们正常工作生活造成影响。由于轨道交通线路规划要考虑吸引客流、缓解道路交通压力、促进沿线经济发展的情况，因此城市轨道建设的需求与控制环境振动噪声成了一对矛盾体[18]。以前国内列车速度普遍较低且客流不大，加上人们的环保意识不强，轨道交通运行引发的环境振动噪
华南理工大学博士学位论文4声问题未引起政府和人们的充分关注。可以预见，随着城市化进展不断向前发展，轨道交通引起的环境振动噪声问题将成为制约轨道交通建设的关键因素之一[19]。在这种背景下，研究轨道结构的动力参数优化以减小轮轨动力作用显得迫在眉睫。1.2轨道交通运行中的动力作用问题轨道交通车辆运行引起的动力问题属于复杂的交叉学科，所涉及的学科有轨道工程、车辆工程、隧道工程、岩土工程等，需要从多个方面展开全面研究[20]。本文首先探讨轮轨动力作用产生的机理。1.2.1车辆与轨道系统振动产生的机理相关研究表明[21,22]，轮轨动力作用问题主要受以下因素影响：（1）运行车辆以一定的速度在钢轨上运行时，车辆重力对轨道结构产生的移动冲击作用[23,24]；（2）轨道系统中轨枕的不连续支撑、钢轨焊接处的不连续，使得轨道系统的刚度沿着列车行进方向周期性变化。当车轮在钢轨上滚动前进时，轮轨产生周期性荷载作用[11,25]，如图1-3所示；（3）轨道系统中钢轨的不平顺，加上轨枕脱空和地基沉降等不利因素，引起列车运行时的点头、摇头、升降和蛇行时，轮轨之间产生间歇性冲击作用[26]；（4）车辆行进过程中的加减速与制动时，轮轨之间的荷载作用[27]；（5）车辆驱动设备运行引起车体的振动噪声。图1-3轨道不平顺与轮轨相互激扰Fig.1-3Irregularityoftrackandwheel-railinteraction
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种多层弹性部件轨道系统的动态特性试验研究[J]. 许光辉,王安斌,宋月超,王志强. 机械工程学报. 2018(08)
[2]加强培训不断创新助力地铁发展大计[J]. 刘颖. 人力资源管理. 2017(12)
[3]中国城市地铁交通可持续发展研究[J]. 万永兵,柴海华. 中国人口·资源与环境. 2016(S2)
[4]地铁轨道减振标准化设计研究[J]. 扈慧娜. 中国标准化. 2016(15)
[5]钢轨横向动态位移及振动水平对轨道安全性及钢轨波浪磨耗的影响[J]. 王安斌. 材料开发与应用. 2016(03)
[6]低频域多模态制振轨道板设计[J]. 杨吉忠,张雷,蔡成标,颜华. 西南交通大学学报. 2015(06)
[7]地铁扣件Ⅲ型弹条失效有限元分析[J]. 尚红霞,温泽峰,吴磊,李伟,张树峰,金学松. 工程力学. 2015(09)
[8]轨道刚度及谐振阻尼器对钢轨波浪磨耗增长和振动水平的影响[J]. 王安斌,王志强,赵振平,段勇奇,雷涛,杜茂金. 都市快轨交通. 2015(01)
[9]钢轨波浪磨耗产生和发展机理及其控制[J]. 王安斌,王志强,张攀,张喆玉. 材料开发与应用. 2014(06)
[10]提升、完善、加快——写在“十三五”轨道交通网络化建设之际[J]. 朱沪生. 交通与运输. 2014(06)
博士论文
[1]地铁钢轨波磨成因及其对车辆/轨道行为的影响[D]. 李伟.西南交通大学 2015
[2]地铁车辆—钢弹簧浮置板轨道耦合动态行为的研究[D]. 吴磊.西南交通大学 2012
[3]基于脉冲实验的地铁环境振动响应传递函数预测方法研究[D]. 王文斌.北京交通大学 2011
[4]基于解析的车轨耦合模型及地铁对环境的振动影响研究[D]. 贾颖绚.北京交通大学 2009
[5]城市轨道交通引起的环境振动预测与评估[D]. 魏鹏勃.北京交通大学 2009
[6]地铁列车振动对环境影响的预测研究及减振措施分析[D]. 孙晓静.北京交通大学 2008
硕士论文
[1]钢弹簧浮置板轨道结构减振性能和地铁振动传播规律的研究[D]. 孙晓静.山东大学 2012
[2]地铁钢弹簧浮置板轨道对环境振动的影响分析[D]. 李俊岭.西南交通大学 2011
[3]高架轨道交通浮置板轨道减振降噪性能研究[D]. 董国宪.同济大学 2007
[4]浮置板式轨道结构理论与仿真计算分析及试验研究[D]. 姚京川.铁道部科学研究院 2003
本文编号：3469438
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